Обогащение урана для начинающих

Начало всего

16 июля 1945 года стал знаковым моментом в истории человечества. На полигоне Уайт-Сэндс в Нью-Мексико несколько сотен ученых и военных наблюдали за первым в мире взрывом атомной бомбы. «Гаджет» — так называлось устройство, взорвавшееся в 5:29 утра с взрывной силой примерно 25 килотонн тротила. Хотя создание устройства и наука, стоящая за ним, были тщательно охраняемым секретом, теперь они должны были стать еще более секретными. Американская разведка в то время оценила, что советскому правительству потребуется как минимум 10 лет, чтобы разработать собственное ядерное оружие, но они оказались неправы в августе 1949 года, когда началась Холодная война. Хотя научные знания о том, как создать такое устройство, сегодня широко известны, правительства стран с пониманием стремились ограничить доступ к технологиям его производства. Секреты ядерного оружия были предметом шпионажа и казней, причиной убийств и использования кибервойны. Договор о нераспространении ядерного оружия, обычно известный как ДНЯО, был задуман для предотвращения распространения ядерного оружия. Однако, хотя основной целью договора является сдерживание распространения ядерного оружия, статья IV ДНЯО «признает право всех сторон развивать ядерную энергию в мирных целях и извлекать выгоду из международного сотрудничества в этой области».

Проблема Хотя лишение стран права развивать 80-летнюю технологию является одной проблемой, другой является то, что большая часть науки, стоящей за созданием ядерного оружия, по сути, такая же, как и наука, необходимая для производства топлива, которое будет использоваться в «ядерной энергетике для мирных целей». Этот процесс известен как обогащение урана. В последние несколько лет западные СМИ направили свои счетчики Гейгера на Иран, который вполне законно развивал ядерную энергетику в мирных целях. Теперь же политики утверждают, что государство, недавно описанное спикером Палаты представителей Майком Джонсоном как часть «оси зла», возможно, приближается к этапу, на котором оно могло бы построить свой собственный «Гаджет» или «Маленький парень». Обогащение урана Уран — это естественно встречающийся элемент, который в небольших количествах содержится в земной коре.

В своем естественном состоянии уран состоит преимущественно из двух изотопов: уран-238 (U-238) и уран-235 (U-235). U-238 является наиболее распространённым изотопом, составляя около 99,3% природного урана, в то время как U-235 составляет всего около 0,7%. Термин "делящийся" используется для описания материала, способного поддерживать реакцию деления. Чтобы создать делящийся материал как для ядерного оружия, так и для ядерного реакторного топлива, необходимо увеличить концентрацию U-235.

Метод газовых центрифуг является самым распространенным и эффективным методом, используемым для обогащения урана. Это включает вращение цилиндров, известных как центрифуги, на крайне высоких скоростях для разделения изотопов на основе их разницы в массе или весе.

Внутрь центрифуги вводится газ, и по мере вращения центрифуги со скоростью от 50 до 60 тысяч об/мин более тяжелые атомы U-238 перемещаются к внешней стенке, в то время как более легкие атомы U-235 собираются ближе к центру. Собранный материал все равно будет содержать высокие концентрации U-238, поэтому процесс повторяется снова и снова, пока не будет получен уран с высокими концентрациями U-235. Высокообогащённый уран (ВОУ) имеет концентрацию U-235 не менее 90%. Этот уровень обогащения необходим для поддержания ядерной цепной реакции в оружии. Как только уран будет обогащен до необходимого уровня делимости, он преобразуется из газообразной формы в твердую металлическую форму с помощью процессов химического восстановления.

Stuxnet

В 2010 году было раскрыто существование вируса "Stuxnet". Считалось, что этот вредоносный компьютерный червь был создан в результате совместной работы США и Израиля с целью заражения ПЛК, используемых для управления газовыми центрифугами. В частности, центрифуги, используемые Ираном для обогащения урана. Программное обеспечение было разработано так, чтобы его было почти невозможно обнаружить, и оно повреждало оборудование, вызывая нерегулярности в скоростях вращения.

Заключительный процесс Наконец, конечно, обогащенный и переработанный уран необходимо превратить в оружие. Это создает дополнительные трудности для любителей производить ОМП, но вполне выполнимо для большинства стран, способных разрабатывать свои собственные бомбы и ракеты. Следует также отметить, что Тегеран решительно отверг утверждения о том, что его процессы обогащения урана используются для производства материалов для ядерного оружия. Хотя, учитывая количество запугиваний со стороны Запада, которые они регулярно получают, кто мог бы их в этом винить? Энергетические потребности мира постоянно растут, и воспринимаемый вред, причиняемый ископаемым топливом, побуждает страны искать альтернативные источники энергии. Каждый год вводятся в эксплуатацию новые ядерные реакторы, и обогащение урана становится все более распространенным. Где это все закончится, неизвестно, хотя, возможно, конец человечества придет с гремом, а не с плачем.

A gas centrifuge cascade
US Department of Energy

Tehran at night
Photo by Mohammad Amirahmad

A billet of HE Uranium